銀河系中最神秘的恆星

這顆非正式被稱為“塔比星”的天體,會以一種混亂的模式不時變暗——而且沒有人知道為什麼

銀河系中的恆星

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


去年年底,“行星獵人”公民科學家小組發現了一顆非常普通的恆星,其行為非常奇怪——亮度時不時地下降,下降幅度差異很大,並且以一種混亂的模式進行。在一篇精彩的論文中,耶魯大學的塔巴莎(“塔比”)·博雅吉安指出了這顆恆星所帶來的可怕困境,這顆恆星位於天鵝座的西翼之下。因此,大家現在都稱它為塔比星,而不是叫它那個容易被遺忘的目錄名稱 KIC 8462852。(塔比本人曾試圖給這顆恆星起一個暱稱“WTF 星”,作為 “Where's The Flux?” 的縮寫。“WTF” 更常見的用法也適用。)她甚至還就此做過一次 TED 演講

我第一次聽說塔比星,是一位竊笑的同事走進午餐室,並傳閱了一些塔比的圖表。我所能做的就是一臉困惑和目瞪口呆。房間裡的天文學教授們都擁有極其廣泛和深入的經驗,但我們中沒有人見過任何與之類似的東西。

塔比的基本圖表是一條光變曲線,它衡量亮度隨時間變化的函式。她為期 4 年的光變曲線來自美國國家航空航天局的開普勒太空望遠鏡,該望遠鏡已經以其光變曲線的準確性和可靠性而聞名。開普勒的圖表基本上是平坦的,這意味著這顆恆星的亮度是恆定的,除了通常由有星斑的自轉恆星所產生的小週期性調製外。


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關鍵在於,塔比星的光變曲線偶爾會出現下降,而且這些下降與以往所見過的任何情況都不同。也就是說,這顆恆星的亮度在通常情況下會一次下降一點,持續一天左右。大約有十次,恆星亮度下降了 0.2% 到 8%。其中兩次下降使恆星亮度分別下降了 16% 和 21%。基本下降的持續時間約為 1-3 天,但在長達約 100 天的光變曲線中存在結構。這些下降是週期性的。

現在,塔比星本來是一顆普通的 F3 主序星。它比我們的太陽(5800°K)熱一點(6750°K),也大一點(比我們的太陽大 1.58 倍)。光譜沒有顯示發射線,只有通常預期的吸收線。我們無法探測到塔比星附近有雙星伴星。這只是一顆平淡無奇的普通恆星。除了那些下降...。

天文學家對大型燃燒的氣體球非常瞭解,並且有很高的把握認為,單獨的 F3 主序星在數百萬年內的任何時間尺度上,其變化都不可能超過 0.01%。 (嗯,除了超耀斑,而這些不是。)此外,光變曲線的下降不受已知的恆星自轉的調製。因此,下降並非來自底層的恆星。

這迫使我們認為,它們只能是由於某些東西穿過視線,阻擋了背景星光(技術術語是“掩星”)。畢竟,“行星獵人”明確地尋找的就是這種情況,即當一些軌道行星經過前方時掩蓋了恆星(其術語是“凌星”)。但是行星凌星的幅度總是非常小(小於 1% 左右),並且是週期性的。任何隨機穿過塔比星前方的東西都不是行星。

最深的下降使恆星亮度下降了 21%,因此,任何掩蓋星光的東西肯定覆蓋了至少 21% 的恆星面積。這意味著該天體、雲或結構必須略小於恆星半徑的一半——也就是我們太陽的 70% 的大小。無論它是什麼,它可能是固體的(像行星)、氣態的(像恆星或氣雲)或像塵埃雲之類的東西。

問題在於,任何這樣的想法都要求所有這些東西應該發射大量的紅外光。它應該足夠明亮,能夠很容易地在主恆星正常的預期紅外光之上被看到。在天文術語中,塔比星沒有任何多餘的紅外光。

那麼,是什麼擋住了塔比星的光線呢?嗯,天文學家的本能反應是嘗試構建某種模型來解釋觀測結果。我們都一直在丟擲各種想法。問題在於我們的想法都因為缺乏紅外過剩而受挫。我們可以想象有耀斑邊緣的吸積盤,或具有不可思議軌道的複雜多星系統,或巨大的超大彗星流,或塵土飛揚的小行星碰撞。但是所有這些都需要紅外過剩。這包括這樣一種建議,即亮度下降可能是由某種部分建造的人造“戴森球”引起的,該結構是由一個非常先進的文明圍繞恆星建造的。但是,任何圍繞恆星的大型假想結構也必須在紅外波段發射大量光,因為它們必須將從主恆星截獲的巨大能量輻射出去。熱力學定律也適用於它們。

因此,剩餘可行的模型現在已經減少到...零。天文學家對於如何解釋塔比星的下降沒有任何合理的想法。但是我們知道下降是真實的,因為開普勒太空望遠鏡具有非凡的準確性和可靠性。因此,我們有了一個謎。而且我思考了很久,也想不出有什麼恆星比塔比星更神秘的了。

當面對非常成熟的理論(即 F3 主序星不應該有這種下降)中的這種異常時,可能會出現我們正在看到一些全新的、意想不到的現象的第一個例子的可能性。這總是令天文學家興奮的。誰知道塔比星正在指向什麼驚人的奇蹟呢?

那麼,如何進行下一步?嗯,在沒有下降發生時觀察恆星,不太可能告訴我們任何比我們已經計算出的背景資訊更多的東西。因此,前進的唯一方法是在下降過程中抓住塔比星。

我最想看到的是塔比星在下降過程中的良好光譜。星光散佈成精細的顏色漸變,應該告訴我們產生掩星的任何物質的性質。如果掩星器是某種塵埃雲,那麼藍色光的變暗程度將最大,紅色光的變暗程度將最小,並且各種顏色的相對變暗程度將以已知和特徵性的模式進行。如果這種塵埃雲中混有氣體,那麼我們還應該在已知的顏色處看到特徵性的吸收線,從而給出氣體的成分,並揭示雲的起源和性質。如果光線阻擋器是固體的,那麼所有顏色都會變暗相同的量。如果主恆星上存在某種恆星活動,我們甚至可能會看到一些發射線。因此,在下降期間只需要一個良好的光譜,我們就會知道掩星器的性質。

但是這裡存在一個實際問題,因為塔比星在開普勒觀測的四年時間裡總共只有幾個星期處於下降狀態。下降的時間是混亂的,因此我們無法預測何時會發生任何即將到來的下降。因此,在下降期間獲得光譜的唯一方法是對恆星亮度進行幾乎連續的監測——並且,當它開始進入下降時,發出全球警報。有了這樣的警報,某個地方的天文臺將能夠在一天左右的時間內獲得良好的光譜。

因此,這個問題簡化為連續監測塔比星,達到幾乎每小時的水平,直到它再次進入下降狀態。該計劃需要大量的望遠鏡時間。現在,這對於分佈在北半球周圍的機器人望遠鏡來說才是現實的。

幸運的是,拉斯坎佈雷斯天文臺全球望遠鏡(LCOGT)網路非常適合這種情況。LCOGT 在北半球的四個地點擁有出色的機器人望遠鏡(兩個地點位於加利福尼亞州聖巴巴拉總部附近,一個位於夏威夷的哈雷阿卡拉山,一個位於加那利群島的特內里費島,一個位於德克薩斯州的麥克唐納天文臺)。有了這種覆蓋範圍,塔比星可以在一年中的大部分時間裡,近乎 24/7 地受到監測。

但是,在 LCOGT 上購買時間需要資金。這種監測專案與美國國家航空航天局或國家科學基金會的科學支援的通常計劃能力不太相符。幾十年來,政府資助一直是美國科學卓越的驅動力。但是,監測塔比星是一個有風險的提案,沒有保證的回報,因為可能在很長一段時間內都不會有任何下降。

因此,作為一名現代人,塔比一直在尋找其他現代資金來源。這促使她發起了一項Kickstarter 活動。其想法是透過眾籌資助 LCOGT 監測計劃。她希望在 6 月 17 日之前籌集到 100,000 美元。(我不會從任何捐款中獲得個人利益,因為它們不會資助我自己的任何研究。)

如果您想幫助解決塔比星的謎團。我敦促您考慮幫助 Kickstarter 計劃。我已經捐款了。

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